Introducción

Una red de computadores es un conjunto de nodos interconectados para intercambiar información. Sus principales objetivos son compartir recursos y lograr un ahorro económico.

Ejemplos de Redes

Internet, Radio, Telefonía, Cable, RFID, Sensores (meteorología)

Usos de Redes

• En negocios: Redes de empresa. Por ejemplo, 2 clientes conectados a 1 servidor.
• Domésticos: Redes de comercio electrónico. Por ejemplo, en P2P no hay servidores fijos, se usa para compartir música.
• Usuarios móviles: Redes inalámbricas y computación móvil.
• Temas sociales: Copyright; Phishing.

Hardware de Redes

Clasificación según escala

• PAN: hasta 1 metro.
• LAN: Hasta 10 metros; estándares: Ethernet e inalámbricas.
• MAN: Hasta 40 Kilómetros.
• WAN: Hasta 1000 Kilómetros; tecnologías RDSI y DSL.
• VPN: Red privada virtual, dentro de internet. Posee mayor seguridad. Conexión punto a punto entre usuarios remotos y empresa.

Clasificación según tipo de conmutación

• Conmutación de circuitos. Por ejemplo, Telefonía.
• Conmutación de paquetes: Información tratada como paquetes. 2 tipos:
  • Circuito Virtual: Primero se define la ruta.
  • Datagramas: Cada nodo elige dónde enviar los paquetes.
• Tipo de transmisión:
  • Punto a punto: por ejemplo, por cable.
  • Difusión: por ejemplo, por wifi.
• Por topología: “Mapa lógico de una red para intercambiar datos”. Por ejemplo, bus (Ethernet), anillo, estrella, etc.

Software de Red

Protocolo: Reglas y convenciones utilizadas para el intercambio de información, entre la capa n de un host y la capa n de otro host. “Acuerdo entre las partes”.

Servicio: Funcionalidades que entregan las capas del mismo host para el intercambio de información. Tipos:

• Orientado a la conexión: Antes de transmitir información se requiere establecer una comunicación y al terminar el envío de información se requiere finalizar la conexión. Por ejemplo, llamada telefónica.
• No orientado a la conexión: Solo se envía la información. Por ejemplo, un mensaje de texto.

Los servicios se definen mediante primitivas (funciones).

Modelos de Referencia

Transmisión de datos, señales y canales

La transmisión de datos se produce entre un emisor y un receptor a través de un medio.

• Medio guiado: p.e. un cable
• Medio no guiado: agua, aire, vacío
• Enlace directo: Sin intermediarios.
• Enlace pto a pto
• Enlace multipunto

Señal: Variación de una propiedad física del medio para representar la información. Tipos:

1. Análoga: Varía en un camino suave. (p.e. naturaleza)
2. Digital: Cambio abruptos. Es la suma de señales análogas con distinta frecuencia.
3. Periódicas: Se mantiene un patrón. Conceptos: Frecuencia (f), Periodo (T), Fase y Amplitud (A)
4. Aperiódicas.

Si se suma señales periódicas, no importando su f, se obtiene una señal periódica.

Mensaje: Estados que sirven para transmitir información (p.e. la música)

Datos: Entidades con significado

Ancho de banda: “Rango de frecuencias transmitidas sin mayor alteración”. Es proporcional a la velocidad de datos (tasa de transferencia). También llamado como tasa de banda efectivo.

Espectro: Rango de frecuencias. Su ancho de banda es absoluto

Ejemplos

• Señales de audio -> 20-20kHz. Voz 100Hz-7kHz se puede limitar a 300-3400Hz
• Señales de video: n° de líneas x n° de barridos

Datos digitales: Generados por computadoras; tensión cte. Ventajas: Más barato, más susceptible a ruido.

Dificultades en la transmisión

En la actualidad no se puede pasar de un voltaje a otro al instante. En la analógica se degrada la señal y en digital puede haber bits erróneos.

Codificación de Señales y Capacidad del canal

La elección del tipo de codificación, depende de las necesidades.

Modulación digital: Convertir los bits en señales

Capacidad del canal

Def: “Velocidad de datos máxima en canales bajo condiciones dadas” en función de: La velocidad de transmisión, el ancho de banda, el ruido y la tasa de errores.

Nyquist determinó la capacidad máxima de un canal de comunicación sin ruido: Vmáx=2*B*log2 V

Shannon agregó ruido al canal deduciendo que: Vmáx = B log2 (1 + 10 log(P.señal/P.ruido)) [bits/s]

Capa de enlace

Nodos: Host y routers.          Enlaces: Canales de comunicación que conectan nodos.

Función: “transferir datagramas entre nodos físicamente conectados a través de un enlace”

Se implementa en cada host, en el “adaptador” o network interface card (NIC)

Detección de errores

EDC: Detección y corrección de bits erróneos. A mayor campo de EDC mejor detección y corrección. Pariedad de un solo bit sólo detecta. Pariedad bidimensional de bit detecta y corrige.

CRC son los bits de detección de errores que se agregan al detagrama.

Control de flujo

Función: Asegurar que el emisor no sobrecargue al receptor. Está influido por el tiempo de transmisión y el de propagación (bit atraviesa el enlace). Técnicas:

• Parada y espera: Con confirmación trama a trama. Mediante un reconocimiento ACK
• Ventana deslizante: Se envían múltiples tramas. Si tiene enlace full-duplex puede incorporar ACKs

Técnicas de control de error

Estas técnicas se denominan ARQ. Función: Convertir enlaces de datos no confiables en confiables.

• Parada y espera: Si el receptor (trama) está dañado, se descarta.
• Con vuelta atrás: Si llega una trama mala, se repite desde el último que llegó bien.
• Con rechazo selectivo: Sólo se reenvían las tramas que están fallando

Protocolo de control de enlace: HDLC

Características básicas:

• Protocolo de control más importante
• Tipos de estación:
  1. Primaria: Controla la operación de enlace. Secundaria: depende de la primaria, las tramas de nominan respuestas. Combinada: Emite órdenes y respuestas.
• Configuraciones de enlace:
  1. No balanceada: Permite transmisión semi-duplex
  2. Balanceada. Permite transmisión full-duplex o semi-duplex
  3. Simétrica

Estructura de la trama:

HDLC usa una transmisión síncrona. HDLC utiliza un formato único de tramas que es válido para todos los posibles intercambios: datos e información de control. Cada dato que se envía, es encapsulado en una trama HDLC, esto añadiéndole un header y una cola.

• El campo de dirección identifica a la estación secundaria que ha transmitido o que va a recibir la trama.
• Campo de control: Sedefinen tres tipos de tramas, cada una con formato diferente para el campo de control.

Operación:

El funcionamiento del HDLC implica tres fases.

• Iniciación: Primero, uno de los dos extremos inicia el enlace de datos, de tal manera que las tramas se puedan intercambiar de una forma ordenada. Durante esta fase, se pactan las opciones que se usarán en el intercambio posterior.
• Tranferencia de datos: Los dos extremos intercambian los datos generados por los usuarios así como información de control para llevar a cabo los procedimientos de control del flujo y de errores.
• Desconexión: Finalmente, uno de los dos extremos comunicará la finalización de la transmisión.

Protocolos de acceso múltiple

Enlace de difusión (cable o medio compartido)

Colisión: Si un nodo recibe 2 o más señales simultáneamente. Protocolo de acceso múltiple: Algoritmo que determina cuando un nodo puede transmitir.

• Protocolo de acceso múltiple ideal: Es completamente descentralizado. Sin nodo especial, sin sincronización de relojes.

Protocolos MAC: taxonomía

1. Partición del canal: Divide el canal en pequeños “pedazos”. Comparte el canal eficientemente y en forma justa con carga elevada; ineficiente con baja carga.
   • TDMA: Multiplexación por división de tiempo. Ejemplo “hablar por turnos”
   • FDMA: Multiplexación de división de frecuencias. Ejemplo “Hablar en distintos tonos”
2. De acceso dinámico: El protocolo MAC de acceso aleatorio especifica cómo detectar y recuperar colisiones. Eficiente con baja carga; elevada carga: overhead por colisión.
   • ALOHA ranurado: A cuando un nodo tiene una nueva trama que enviar lo hace en la siguiente ranura. Eficiencia: fracción de ranuras exitosas a L-plazo
   • ALOHA: Más simple, no sincronización. Eficiencia peor que Aloha ranurado
   • CSMA: Escucha antes de transmitir. Problema con las colisiones
   • CSMA/CD: Se detectan las colisiones. Después de abortar, NIC entra en fase de espera exponencial (binary exponential backoff). mejor rendimiento que ALOHA
3. Toma de turnos: Los nodos se turnan, si tienen más datos toman turnos más largos. Estos protocolos buscan lo mejor de los anteriores.
   • Sondeo: Maestro de red invita a los esclavos a transmitir..
   • Paso de testigo: Un token salta entre los nodos secuencialmente